Tunnel, en underjordisk transportvei bygd tilnærmet horisontal. Tunneler bygges for transportformål (veier, tunnelbaner, jernbaner, kanaler), for transport av vann (kraftverk, vannforsynings- og avløpsanlegg), for transport av olje og gass og i tilknytning til lagre, fabrikker, forsvarsanlegg og diverse andre formål.
Historikk
Tunnelbyggingen er kjent fra oldtiden. I bl.a. India og Babylon ble det bygd tunneler for irrigasjon. I Det gamle testamente berettes at kong Hiskia bygde en tunnel fra Gihon-kilden til Siloa innenfor Jerusalems murer for å skaffe byen vannforsyning. Tunnelen hadde en lengde på 535 m. Egypterne bygde bl.a. tunneler i fjell ved hjelp av boring og saging. Romerne var store tunnelbyggere og behersket fyrsetningskunsten hvor man fikk fjell til å sprekke opp ved oppvarming. I middelalderen var tunnelbygging ikke særlig utbredt, men den ble anvendt i forbindelse med beleiringer av festninger. På 1700-tallet dominerte kanalbyggingen, og i hele Europa ble det bygd tunneler for kanalanlegg. Kjent er byggingen av Languedoc-kanalen i Frankrike fra 1680, hvor det for første gang ble tatt i bruk kruttsprengning under jord i større skala. 1800-tallet ble dominert av jernbanetunnelene. Sankt Gotthard-tunnelen i Alpene ble ferdig i 1881.
Blant nyere prosjekter kan nevnes Seikan-tunnelen i Japan og Eurotunnelen som går under den engelske kanal. Eurotunnelen ble åpnet for bruk i 1994. Trafikkutviklingen har ikke svart til forventningene og spørsmål om refinansiering har vært diskutert.
Norge
Det bygges årlig ca. 70 km tunnel i Norge. Tidligere dominerte kraftverktunnelene. I fremtiden vil særlig veitunnelene dominere. I tettbygde strøk hvor det er godt fjell, vil veitunneler gi bedre og mer økonomiske løsninger, fordi veitraseer i dagen innebærer sanering av bygninger og ombygging av serviceanlegg. Lærdalstunnelen mellom Aurland og Lærdal kommuner i Sogn og Fjordane, er 24,5 km lang og dermed verdens lengste veitunnel.
Fjordkrysninger
For å erstatte fergesamband og korte ned veistrekninger, bygger man undersjøiske tunneler. Norge er et av få land hvor forholdene ligger til rette for slike løsninger. Planlegging og prosjektering av fjordkrysninger krever omfattende ingeniørgeologiske undersøkelser av løsmasser og fjellprofil. Fjellets egenskaper analyseres ved hjelp av seismikk og prøveboringer. Slike tunneler må bygges i tett og fast fjell. Geometrien bestemmes av akseptabel gradient og nødvendig fjelloverdekning.
Alle fjordkrysninger vil få lekkasjer og mindre tilsig av vann. De må derfor ha pumpesump for oppsamling og pumping av vann med automatisk registrering av vannivå. Andre viktiger installasjoner er belysning, telekommunikasjon og oppmerking og nisjer for parkering. Brannberedskapen i alle veitunneler er gjenstand for omfattende forskning med studier av brannforløp og temperaturer. Den første undersjøiske tunnel som ble bygd i Norge, var under Bussesundet ved Vadsø. Se også undersjøisk tunnel.
Tunnelbygging
Byggemetoden må tilpasses grunnforholdene, og i tunnelbyggingen skjelner man mellom bygging i fjell og i løse masser.
Tunneler i løse masser
Tunneler i løse masser bygges på forskjellige måter. Hvis overdekningen er begrenset, graves det ofte ut en åpen grøft som avstives. Tunnelvegger og tak forskales og støpes og masse fylles over. Resterende gravings- og støpearbeider og montering av teknisk utstyr gjøres under jord. Denne metoden har vært vanlig ved bygging av tunnelbaner i Paris og i flere tyske byer og forutsetter at tunnelene følger gateløpene og at de ligger forholdsvis grunt. T-banen under Studenterlunden i Oslo er bygd på denne måten.
I London ble det utviklet en metode hvor man gravde ut et tverrsnitt direkte ved å presse et skjold fremover i løsmassen (skjold-drift). Det krever kontinuerlig understøttelse bak skjoldet, og hele tverrsnittet ble derfor sikret ved montering av en fôring etter hvert som skjoldet ble presset frem. Fôringsrøret ble samtidig brukt til mottrykk når skjoldet skulle presses frem. Som fôring ble det opprinnelig brukt støpejern, siden er også betongfôringssystemer blitt utviklet.
Ved dypereliggende tunneler og ved passering under elver vil det alltid forekomme grunnvann, eventuelt strømmende grunnvann. For å beherske det vil man måtte bygge inn skjoldet og forsyne det med sluse, slik at arbeidsrommet i skjoldet holdes under overtrykk. Trykket må tilpasses slik at det balanserer vanntrykket. Den første tunnel under en elv ble påbegynt av den kjente britiske ingeniør M. Brunel allerede i 1807. Tunnelen gikk under Thames, og ble fullført i 1843 av Brunels sønn. Den er fortsatt i bruk som jernbanetunnel.
Et spesielt problem med tunneler i byer og tettbebygde strøk er at de ofte kan føre til permanent senkning av grunnvannstanden i den sonen der tunnelen går. Hvis man får en slik grunnvannssenkning rundt en tunnel i løsmasser eller over en fjelltunnel som har overdekning med løsmasser, blir resultatet større eller mindre setninger i massen og dermed setninger i bygninger og anlegg over tunneltraseen. Særlig alvorlig kan grunnvannssetningen bli der bygningene er fundamentert på trepæler eller treflåter som tidligere lå under grunnvannsstanden. Kommer slike fundamenter over grunnvannsstanden, vil de bli ødelagt etter kort tid. Tunnelene må derfor bygges vanntette, slik at grunnvannsstanden blir som før, eller man må etablere nye fundamenter for å hindre ødeleggelse av bygningene.
I Danmark og Nederland er det utviklet metoder for kryssing av elver. Man bygger da store betongseksjoner i dokk, tetter disse i begge ender, sjøsetter dem og setter dem ned på bunnen i en grøft som er gravd ut på forhånd. Under Göta älv i Göteborg og under Limfjorden nord for Ålborg ble det i 1960-årene bygd slike tunneler. Denne teknikken er også planlagt brukt i Norge på en strekning av Bjørvikatunnelen, en planlagt forlengelse av Festningstunnelen i Oslo.
Tunnelbygging i fjell
Tunnelbygging i fjell krevde inntil siste halvdel av 1970-årene sprengningsarbeider. Tunnelboremaskiner (TBM) kan imidlertid bore ut hele tunneltverrsnittet (se fullprofilmaskin), og slike maskiner fikk stor betydning i vannkraftutbyggingen i Norge. I Bergen er det bygd to tunneler gjennom Fløyfjellet med en TBM med diameter 7,8 m, samlet lengde er 6900 m.
Ved konvensjonell tunnelbygging i fjell vil man vanligvis basere seg på å bore, lade, sprenge og deretter, etter en luftepause, laste opp og transportere ut massen. Metoder og utstyr vil være avhengig av fjellforhold, tunneltverrsnitt og tunnellengde. Med tverrsnitt fra 6 opp til 20 m2 vil som regel transport- og lasteutstyr gå på skinner. For større tverrsnitt er hjulbåret utstyr, eventuelt lasteutstyr på belter, nesten enerådende.
Boring skjer med hydraulisk drevne bormaskiner som er montert på hydraulisk drevne armer, hvor posisjoneringen bestemmes enten direkte mekanisk eller ved hjelp av datastyring. Borhyllene settes som oftest parallelt med tunnelaksen etter en utarbeidet boreplan.
Sprengstoff kan være dynamitt, men i senere år er også pulversprengstoffer tatt i bruk. Ved hver salve vil man rykke frem et antall meter bestemt av boredybde og sprengningsresultatet. I små tverrsnitt (ca. 10 m2) og med godt tilpasset utstyr vil man kunne oppnå inntil 3 salver per skift, og oppnå en inndrift på 60–65 m per uke ved vanlig 2 skift-drift. Med tverrsnitt på 40–80 m2 vil ukeinndriften ligge på 35–50 m per uke.
I Norge er det vanlig å legge tunneldriften slik at hele tverrsnittet sprenges ut med en gang. Ved tverrsnitt fra ca. 80 m2 og oppover er det aktuelt å drive tunneler med oppdelt tverrsnitt, vanligvis slik at den øverste delen av tverrsnittet drives først som toppstoll og den nedre delen etterpå som bunnstross.
Sikring
Tunnelvegger og tak kan være stabile og ikke kreve annet enn sikringsrensk for å fjerne løs stein, men i mange tunneler kan man ha svakhetssoner som krever sikring umiddelbart. Slepper i fjellet kan være fylt av fin leire som ekspanderer under tilgang på luft og vann. De vanligste sikringsmetoder under driften er bolting for å sikre hvelv og tak. I vanskelige partier kan det være aktuelt å injisere fjellet foran stuffen – arbeidsfronten – for å sikre stabilitet og begrense vannlekkasjer under driften. Å unnlate dette kan få store konsekvenser, som i Romeriksporten. Dette kan kombineres med påsprøyting av betong eller med forskaling og støp av betongfôring. Sprøytebetong og vanlige betongfôringer må også sees på som permanent sikring.
I veitunneler er ventilasjon helt avgjørende for trafikksikkerheten. Ved tverrlufting suges luft inn og trykkes ut gjennom kanaler og sjakter på tvers av tunnelretningen. Ved langslufting skaper vifter en luftstrøm i tunnelens lengderetning. Systemet dirigeres ved hjelp av måleutstyr som setter viftene i gang når det oppstår en viss konsentrasjon av gass. Langslufting er mest brukt i Norge.